地球物理視角下的秦始皇帝陵地宮

公元前221年，嬴政終結了長達500多年的春秋戰國時期，建立了中國歷史上第一個大一統的中央集權制度的封建王朝——秦朝，自此中華民族開始了大一統時代。嬴政稱帝，史稱“秦始皇”，在全國推行郡縣制，實施書同文、車同軌、統一度量衡政策，同時筑長城以擊匈奴，鑿靈渠以通水系，修直道以擴四域。

圖1 秦統一六國的示意圖

而作為“德兼三皇，功蓋五帝”的第一個皇帝，嬴政同樣遵守著“事死如事生，事亡如事存，孝之至也。”的孝道準則，為自己修筑了宏大的陵墓。其陵墓始建于公元前247年，歷時38年，動用勞役72萬人，移動土方超過500萬立方米。陵區占地面積60平方公里，包括封土、內外城垣、陪葬墓、陪葬坑、房屋建筑等大量陵園設施。其布局、規模及其所反映的陵墓制度在歷代帝王陵墓中都獨樹一幟，呈現出千古一帝、唯我獨尊的宏大氣勢。

圖2 秦始皇帝陵遺址重要位置的分布

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圖3 Google三維地圖中的秦始皇帝陵

然而，秦始皇帝陵一開始并沒有現在這么赫赫有名。直到1974年，臨潼縣驪山鎮西楊村農民，在陵東1.5公里的地方打井時，發現幾個破碎的用泥土燒制的與真人一樣大小的陶俑，經陜西省考古隊勘探和試掘，使得沉睡了2000多年的秦始皇帝陵兵馬俑重見天日。此后，對秦始皇帝陵的各項研究工作才逐步展開和擴大。

圖4 秦始皇帝陵兵馬俑（來源：圖蟲）

圖5 秦始皇陵以往考古大事記

秦始皇帝陵區地上、地下文物遺存極其豐富，文物遺址種類繁多。秦始皇帝陵地宮作為皇陵遺址的主體區域，一直備受關注。據《史記·秦始皇本紀》記載“始皇初即位，穿治驪山及并天下，天下徒送詣七十余萬人，穿三泉水，下銅而致槨，宮觀百官奇器珍怪徙藏滿之，令匠作機弩矢，有所穿近著輒射之。以水銀為百川江河大海，機相灌輸。上具天文，下具地理。以人魚為燭，度不滅之者久。” 這些描述是否屬實？

圖6 秦始皇陵遠景圖

2002年科學技術部啟動了“考古遙感與地球物理綜合探測技術”的研究課題，以秦始皇帝陵為對象。總目標是：利用遙感和地球物理探測技術進行無損勘查，探測皇陵區文物分布，提供判定皇陵地宮存在與否的科學依據。該課題包含兩個子課題：考古遙感綜合探測技術和考古地球物理綜合探測技術。

圖7 秦始皇帝陵工作布置圖

其中“考古地球物理綜合探測技術”子課題的兩個主要任務有：（1）提供秦始皇帝陵封土堆下地宮存在與否的地球物理和地球化學證據，如果存在，給出地宮的大小、形狀、埋藏深度的定量描述。（2）綜合探測秦始皇帝陵區內的陪葬坑、陪葬墓、地面建筑遺存等相關文物，測試地球物理方法的有效性，為今后地球物理方法在考古中的應用提供科學依據。

圖8 秦始皇陵遠景圖

本次使用的地球物理方法系列多達8大類22種(含亞類方法) ，分別是彈性波法( 即地震法、反射波法與陸地聲納法) 、磁法、電法(激發極化法、瞬變電磁法TEM、可控源音頻大地電磁法CSAMT、音頻大地電磁法AMT、直流視電阻率電測深法、高密度相位激電法、高密度電法、地質雷達法)、重力法、測汞法、放射性法（氡氣測量）、地溫測量、核磁共振法。

圖9 秦始皇帝陵封土堆大小

本次課題重要的研究成果：

1、確定了地宮在封土堆中部下方，且未坍塌，并定量地給出地宮的大小、形狀和埋藏深度。

圖10 地宮的大小、形狀及埋藏深度

圖11 墓室大小的示意圖

圖12 地宮的開挖范圍（表面尺寸）

圖13 重力異常推斷地宮范圍

墓室坍塌與否，其地球物理特征有明顯的變化，墓室內外的密度、電阻率、磁化率、波速等都有明顯的差異。墓室上方的呈現的高電阻率異常說明封土堆下方存在空洞或者木質結構。地下氡氣測量也可以檢驗地下裂隙的發育程度，裂隙越發育則氡氣值越高。根據放射性氡氣測量結果，我們看到在封土堆上方對應氡氣測量低值段，則墓室上方封土裂隙不發育，進而推斷墓室主體尚未坍塌。相對應在封土堆外有一處高值區域，與秦始皇陵考古隊發現的已被焚燒的陪葬坑相對應。

圖14 放射性氡氣測量結果

2、推斷墓室中尚未進水、且存在大量的水銀，還可能存在金屬制品。

經過地面核磁共振測深法和自然電位法測量，推斷地宮尚未進水。根據自然電位曲線，在封土堆附近電位差很小，幾乎顯示沒有水流。而在陵南側和東側自然電位環形曲線長軸與阻排水渠走向一致，強度最大。根據測量的水流方向可以看出，陵東南側的水流受阻排水渠阻擋，水流改變方向偏東，到陵東側。水流方向近南北。這些都說明阻排水渠至今仍有阻水效果。

圖15 自然電位測量及推測結果

而1981年物探化探研究所進行的土壤汞含量測量已經在封土堆中發現了明顯的汞異常。同時本次經過土壤樣品的熱釋譜結果顯示封土堆上的汞異常來自地宮，而并非封土本身。復電阻率測深法在地宮墓室的部位和深度觀測到弱相位異常，反映了體位有金屬制品、金屬硫化物礦體和石墨等電子導電物體。在排除金屬硫化物礦體和石墨物體的情況下，推斷地宮內存在金屬制品。

圖16 秦始皇帝陵區汞含量分布

圖17 汞含量測量結果

3、封土堆中存在九層高樓。

在磁異常和重力異常測量結果中，發現封土堆中存在異常，經過洛陽鏟考古驗證，認為這是秦始皇帝陵封土堆中存在臺階狀的九級高樓，是前所未見的考古發現。根據文獻記載推測，這可能是秦始皇將整個皇帝理念貫穿在帝陵的設計里，希望將整個帝國系統也帶入死后的世界，兵馬俑可能就是秦始皇帝的死后的軍隊。

圖18 關于“中成觀游，上成山林”的文獻記載

圖19 封土堆中的夯土建筑示意

4、發現了地宮西向墓道，但無南北向墓道。

經過大定源瞬變電磁法、重力測量等分析，發現了與現存東向墓道對稱的西向墓道，目前尚未發現南北向墓道，這與帝王墓葬常用的四個墓道并不相符。

圖 20 帝王、諸侯、貴族墓葬類型

圖21 墓室及墓道的模擬圖（僅存在東、西兩個墓道）

圖22 漢武帝茂陵陪葬坑平面圖

5、旁行三百丈的秘密

史書《漢舊儀》記載，丞相李斯奉旨修建驪山皇陵，遇到“鑿之不入，燒之不然，叩之空空如下天狀”的情況，“制曰：‘鑿之不入，燒之不然，其旁行三百丈乃止。”這也是對地宮不在封土堆之下推論的來源。而這次地球物理考古發現在地宮東700米（約三百丈，秦制一丈約現在的2.31米）處存在異常體。這可能就是之前李斯報告中“鑿之不入，燒之不然”的巖石。所以現在地宮的位置應該是修改方案后的位置。